JP2015207712A - 洗浄液、洗浄設備、および実装基板の洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉛フリーはんだなどの新規のはんだにおいても高品質の洗浄を行うことのできる洗浄液、洗浄設備、および実装基板の洗浄方法を提供する。【解決手段】洗浄液２で実装基板１０を洗浄する。洗浄液２は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に有機アミン類を含有させ、かつこの溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加した薬液である。有機アミン類は、２級または３級アミンであるジエタノールアミンまたはトリメチルアミンなどを少なくとも１種類以上含むものとする。つまり、洗浄液２は、脱水した不飽和カルボン酸化合物（無水アビエチン酸、無水ネオアビエチン酸など）もしくは脱水したジカルボン酸（ギ酸、無水酢酸、無水吉草酸など）を少なくとも１種類以上含むものである。アミン成分はカルボン酸種の当量以下とする。【選択図】図１
Description
本発明は、洗浄液、洗浄設備、および実装基板の洗浄方法に関する。
従来、例えば、特開２００３−７３６９９号公報に開示されているように、はんだ後のフラックス残渣を除去するための洗浄方法が知られている。従来、実装基板のフラックス洗浄用途の炭化水素系溶剤には、ケトン類／芳香族類をベース溶剤として洗浄効果を上げるためにグリコールエーテルを添加したものが用いられている。
近年、環境対応として鉛フリーはんだペースト、ハロゲンフリーはんだペースト等が使用されている。また、チップの微小化に伴い、微粉はんだが使用されている。これら新規のはんだにおいては、従来技術による洗浄ではシミまたは変色が発生するという問題があった。また、後工程でのワイヤボンド不良等の接合不良または封止部材の剥離等の不具合が発生する等の問題もあった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、鉛フリーはんだなどの新規のはんだにおいても高品質の洗浄を行うことのできる洗浄液、洗浄設備、および実装基板の洗浄方法を提供することを目的とする。
本発明にかかる実装基板の洗浄方法は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に２級または３級の有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加した薬液を用いて実装基板を洗浄する。
本発明にかかる洗浄液は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に２級または３級の有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加したものである。
本発明にかかる洗浄設備は、洗浄液が貯留された洗浄槽と、すすぎ液が貯留されたすすぎ液槽と、乾燥槽と、を備え、前記洗浄液は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に２級または３級の有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加したものである。
本発明にかかる他の洗浄設備は、実装基板が乗せられる可動コンベヤと、洗浄液が貯留された洗浄槽と、すすぎ液槽と、噴射部から乾燥空気を噴射する乾燥槽と、を備え、前記洗浄槽は、前記洗浄液を噴射部からシャワーの形態で前記可動コンベヤ上の前記実装基板へと噴射可能であり、前記洗浄液は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に２級または３級の有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加したものである。
本発明によれば、無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸が添加された薬液を用いて洗浄を行うので、鉛フリーはんだなどの新規のはんだにおいても高品質の洗浄を行うことができる。
図１および図２は、本発明の実施の形態にかかる洗浄液、洗浄設備、および実装基板の洗浄方法を示す図である。図１はバッチ式洗浄を示し、図２は連続処理式洗浄を示している。本発明では具体的な洗浄処理方式は特に限定しないが、好ましい実施の形態としてはバッチ式で超音波または噴流などを用いて洗浄する方法と、図２のように連続式でシャワータイプの装置で洗浄を行う方法を採用しても良い。
図１に示す洗浄設備３０は、洗浄液２が貯留され洗浄効果を高めるために超音波洗浄または噴流洗浄が可能な洗浄槽３２と、第１すすぎ液３５が貯留されたすすぎ液槽３４と、第２すすぎ液３７が貯留されたすすぎ液槽３６と、洗浄後の実装基板１０をその内部で乾燥可能な乾燥槽３８とを備えている。実装基板１０を、洗浄槽３２、すすぎ液槽３４、３６の順番で浸漬させ、さらに乾燥槽３８で乾燥させる。
図２に示す洗浄設備４０は、実装基板１０が乗せられる可動コンベヤ４１と、洗浄槽４２と、すすぎ液槽４５と、噴射部４９から乾燥空気５０を噴射する乾燥槽３８とを備えている。洗浄槽４２は、洗浄液２を貯留し、この洗浄液２を噴射部４３からシャワー４４の形態で可動コンベヤ４１上の実装基板１０へと噴射可能である。すすぎ液槽４５は、すすぎ液５２を貯留し、このすすぎ液５２を噴射部４６からシャワー４７の形態で可動コンベヤ４１上の実装基板１０へと噴射可能である。
このような洗浄設備３０、４０を用いて、洗浄液２で実装基板１０を洗浄する。洗浄液２は、ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に２級または３級の有機アミン類を含有させ、かつこの溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加した薬液である。より具体的には、有機アミン類は、２級または３級アミンであるジエタノールアミンまたはトリメチルアミンなどを少なくとも１種類以上含むものとする。洗浄液２は、脱水した不飽和カルボン酸化合物（無水アビエチン酸、無水ネオアビエチン酸など）もしくは脱水したジカルボン酸（ギ酸、無水酢酸、無水吉草酸など）を少なくとも１種類以上含むものである。アミン成分はカルボン酸種の当量以下とする。実装基板１０には、半導体素子または電子部品がはんだで実装されている。実装後のフラックスを、たとえば液温４０度、時間１０分で洗浄する。
ケトンまたは芳香族類は、フラックス残渣成分であるロジン成分（主としてアビエチン酸塩）を溶解することにより、洗浄を行っている。しかし、フラックス残渣の吸水またはパターン素地との化学反応によって、シミ（変色）またはワイヤボンド接合不良が起こる場合がある。そこで、本実施の形態では、還元作用を持つ脱水した不飽和カルボン酸化合物（アビエチン酸、ネオアビエチン酸など）または脱水したジカルボン酸（無水酢酸、無水吉草酸など）を添加する。アビエチン酸で効果を確認したが、ネオアビエチン酸等脱水した不飽和カルボン酸化合物は、同様の還元作用を持つため、同様の効果が得られる。上記と同様に無水酢酸で実験は行ったが、その他の無水カルボン酸についても同等の効果が得られる。
実装基板１０上の配線パターン、めっき、ソルダーレジスト（ＳＲ）などに付着する微量洗浄残渣が除去され、シミまたは変色等の外観上の不具合が発生しない。また、ボンディングを接合するボンディングパッド部の残渣が除去されるため接合不良が発生しない。更に、製品の稼働時においても、腐食の原因となる汚染物質がないため、製品の劣化がなく信頼性が向上する。本発明は、公知の様々な実装基板１０に適用可能であるが、鉛フリーはんだペースト、ハロゲンフリーはんだペーストおよび微粉はんだを用いる際に高い洗浄性が必要な実装基板１０を洗浄するときに特に有効である。
また、フラックス起因の残渣が除去されることにより、後工程で樹脂封止を行う際の密着性も向上することによる信頼性向上も効果として挙げられる。図３〜５は、残渣２２が封止樹脂２４を剥離する様子を示す図である。汚れが多いと、封止樹脂２４と基材（ここでは配線パターン２０）に対する密着性が悪くなる。図３に示すように実装基板１０の配線パターン２０上に残渣２２があると、図４に示すように剥離起点２６が生じこれを起点として剥離が開始し、図５に示すように剥離が進行することで剥離２８が生じている。本実施の形態によればこのような剥離を防止できる。
図６は、本願発明者が行った実験の結果をまとめた図である。本願発明者は不具合原因調査を行い、洗浄後の表面にフラックス起因の金属酸化物または水酸化物の微量残渣が残り、シミ、変色あるいは後工程であるワイヤボンド性を阻害する原因であることを明らかにした。また、従来使用されている溶剤では、非極性溶媒が主であるため極性をもつ残渣または金属酸化物（水酸化物）等の極性化合物の除去能力が低いため、微量残渣が残ることを明らかにした。更なる研究により、無水カルボン酸を洗浄液２に含有することにより、洗浄効果が上がり、上記の問題点が解決できることを見出した。無水カルボン酸化合物は溶剤中に存在すると、金属酸化物（または水酸化物）に対して還元作用があること、はんだフラックス中にも含有されており、調達が容易であることから本溶剤を選定した。
実装基板１０にはんだ粉末の中心粒径３２μｍφの第１ソルダーペーストまたは中心粒径２１μｍφの第２ソルダーペーストを塗布したものを試験片として準備した。なお、第１、２ソルダーペーストは市販品である。洗浄の比較薬液として、市販品ＡまたはＢ（ケトン／芳香族混合溶液）を用いた。溶剤Ｃは、市販品Ａにジエタノールアミンを３％、無水アビエチン酸（Ｘ成分）を２％添加したものを用いた。溶剤Ｄは、市販品Ａにトリエタノールアミンを１％、無水アビエチン酸を０．０５％添加したものを用いた。溶剤Ｅは、市販品Ａにジエタノールアミンを３％、無水ジカルボン酸（Ｙ成分）を２％添加したものを用いた。このとき、無水アビエチン酸また無水ジカルボン酸は５％以上溶解しなかったため、上限は５％とした。脱水したジカルボン酸Ｙとして、今回は無水酢酸を用いた。溶剤ＦはＸ，Ｙをそれぞれ１％添加し、溶剤ＧはＸを０．１％添加し、溶剤ＨはＹ２成分としてギ酸を２％添加した。
また、２級または３級アミンであるジエタノールアミンまたはトリメチルアミン等の有機アミン類は上記の反応促進剤として添加するとともに、カルボン酸の吸湿による溶液の酸化を防ぐ働きを持つ。実施の形態において、洗浄液２の調整は実験の直前に調整している。しかし、製造に適用する場合には、予め調整して保管したものを用いてもよい。ただし、保管状態が悪い場合には、保存中にアミン成分が消費される。この場合、アミン成分の量を正確に制御するには、洗浄直前にアミン成分を添加することが有効である。また、添加するアミン成分に関しては反応性が高い１級アミンよりも、反応性が穏やかである２級、３級アミンを添加する方が被洗浄物のダメージが少ないという特徴を持つ。例えば銅やスズなどの金属パターンおよび部材の場合、金属部分を腐食する可能性がある。
洗浄方法は各溶剤を３０〜６０℃とし、試験片を５〜１５分程度浸漬した。洗浄後はアルコールなどの適切な溶媒で液を洗い流した後に温風乾燥させたものをサンプルとした。サンプル表面を１０倍の拡大鏡で目視観察し、シミの有無を調査した。また、ボンディングパッド上にワイヤボンディングを行い、接合面積と引っ張り試験にて密着強度を評価した。
図６にまとめたとおり、溶剤単体では取れなかったシミ、あるいはワイヤボンド不良が上記の物質を添加することにより、改善することを確認した。さらに、洗浄性が向上することで後工程として樹脂封止を行う場合の密着性も向上することを確認した。市販溶剤Ａ、Ｂは、炭化水素系洗浄剤である。シミ／変色に関しては拡大鏡を用いて目視により確認した。ワイヤボンド性とはワイヤボンディング接合性であり、ボンディング後に引っ張り強度および引き剥がし強度を確認するとともに接合面積に関して５段階で強度表示を行っている。段階０のときは接合（密着）なしであり、段階５ははがれ前にワイヤ自身が破断する場合と想定している。程度の違いはあるが、はんだペースト違いでの傾向は同じであった。
２ 洗浄液、１０ 実装基板、２０ 配線パターン、２２ 残渣、２４ 封止樹脂、２６ 剥離起点、２８ 剥離、３０、４０ 洗浄設備、３２、４２ 洗浄槽、３４、３６、４５ すすぎ液槽、３５、３７、５２ すすぎ液、３８ 乾燥槽、４１ 可動コンベヤ、４３、４６、４９ 噴射部、４４、４７ シャワー、５０ 乾燥空気
Claims (9)
- ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加した洗浄液を用いて実装基板を洗浄する実装基板の洗浄方法。
- 前記有機アミン類は、２級または３級の有機アミン類である請求項１に記載の実装基板の洗浄方法。
- 前記有機アミン類が、ジエタノールアミンまたはトリメチルアミンの少なくとも一方である請求項１または２に記載の実装基板の洗浄方法。
- 前記無水不飽和カルボン酸化合物が、アビエチン酸およびネオアビエチン酸の少なくとも一方である請求項１〜３のいずれか１項に記載の実装基板の洗浄方法。
- 前記無水カルボン酸は、ギ酸、無水酢酸、および無水吉草酸の少なくとも１つである請求項１〜４のいずれか１項に記載の実装基板の洗浄方法。
- ケトンまたは芳香族類を含む炭化水素系の溶剤に有機アミン類を含有させかつ前記溶剤に無水不飽和カルボン酸化合物または無水カルボン酸を添加した洗浄液。
- 前記有機アミン類が、２級または３級の有機アミン類である請求項６に記載の洗浄液。
- 洗浄液が貯留された洗浄槽と、
すすぎ液が貯留されたすすぎ液槽と、
乾燥槽と、
を備え、
前記洗浄液として請求項６または７に記載の洗浄液を使用する洗浄設備。 - 実装基板が乗せられる可動コンベヤと、
洗浄液が貯留された洗浄槽と、
すすぎ液槽と、
噴射部から乾燥空気を噴射する乾燥槽と、
を備え、
前記洗浄槽は、前記洗浄液を噴射部からシャワーの形態で前記可動コンベヤ上の前記実装基板へと噴射可能であり、
前記洗浄液として請求項６または７に記載の洗浄液を使用する洗浄設備。
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